i

RANCANG BANGUN DAN ANALISIS KINCIR AIR TERAPUNG MODEL

SUDU SAYAP KUPU-KUPU SEBAGAI PENGGERAK PEMBANGKIT

LISTRIK ALIRAN SUNGAI

SKRIPSI

Diajukan untuk Melengkapi dan Memenuhi Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan

Oleh:

YANUAR EKO NUR ROCHMAN

NIM: 1001130205

INSTITUT AGAMA ISLAM NEGERI PALANGKA RAYA

FAKULTAS TARBIYAH DAN ILMU KEGURUAN

JURUSAN PENDIDIKAN MIPA

PROGRAM STUDI TADRIS FISIKA

1439 H / 2017 M

ii

iii

iv

v

Eko Nur Rochman. Yanuar, 2017. Rancang Bangun Dan Analisis Kincir Air

Terapung Model Sudu Sayap Kupu-Kupu Sebagai Penggerak

Pembangkit Listrik Aliran Sungai. Skripsi, Jurusan Pendidikan MIPA

Fakultas Tarbiyah Dan Ilmu Keguruan Institut Agama Islam Negeri

Palangka Raya. Pembimbing : (I) Suhartono, M.Pd,Si. (II) Hadma

Yuliani, M.Pd,M.Si

ABSTRAK

Penelitian ini berawal dari Kebutuhan energi listrik rumah-rumah di

daerah terpencil seperti pedesaan didaerah Kalimantan Tengah sangat diperlukan

disebabkan belum meratanya pasokan listrik ke semua pelosoknya, hal tersebut

karena tidak dapat dijangkaunya jaringan listrik kesuatu wilayah tersebut oleh

berada di daerah kawasan yang sulit untuk dijangkau pasokan listrik, padahal

didaerah tersebut banyak sumber-sumber air mengalir yang dapat dimanfaatkan.

Penelitian ini bertujuan (1) Mengetahui bentuk rancang bangun kincir air

terapung model sudu sayap kupu-kupu. (2) Mengetahui pengaruh variasi

kedalaman kincir air terhadap daya listrik yang dihasilkan. (3) Mengetahui

efisiensi kinerja kincir air model sudu sayap kupu-kupu dalam menghasilkan

energi listrik.

Penelitian ini menggunakan metode eksperimental. Variasi yang

digunakan dalam pengambilan data pada penelitian ini adalah kedalaman sudu

mulai dari 0,15 m, 0,30 m, 0,44 m, dan menggunakan lampu LED 9 watt sebagai

beban dari keluaran generator.

Hasil penelitian menunjukan bahwa (1) Bentuk rancang bangun pada

kincir air terapung ini menggunakan dua buah kincir air dengan diameter kincir 1

m yang dipasang sejajar, pada masing-masing kincir menggunakan 9 bilah sudu

model sayap kupu-kupu dengan poros 1 batang besi bulat lobang dengan panjang

4 m. Kemudian untuk kerangka kincir terdapat 4 buah tiang penyangga yang

difungsikan sebagai dudukan bearing untuk poros kincir. Pada kerangka bawah di

berikan 6 batang pipa PVC 6 inchi dengan panjang masing-masing 4 m beserta

penutup pipa. Penempatannya dibagi menjadi 3 pasang ,1 pasang berada bawah

antara kincir kemudian yang 2 pasang berada pada ujung kerangka samping kincir

yang berfungsi sebagai pengapung. (2) Kedalaman sudu sangat berpengaruh

terhadap perubahan kecepatan putar kincir Daya listrik terbesar dimiliki oleh

kincir air dengan kedalaman sudu 0,30 m sebesar 0,313 watt dan daya listrik

terkecil dimiliki oleh kincir air dengan kedalaman sudu 0,15 m sebesar 0,143

watt. (3) Efesiensi terbesar kinerja kincir air dalam mengkonversikan daya air

terjadi kedalaman sudu 0,15 m sebesar 70,78% pada kecepatan air 1,44 m/s.

Kata kunci: Kincir air, Model Sudu Sayap Kupu-Kupu.

vi

Eko Nur Rochman. Yanuar, 2017. Design and Build Floating Waterwheel of

Butterfly Wing Blade Model as a Generator of River Flow Generator.

Thesis, MIPA Education Department, Faculty of Tarbiyah and

Teacher Training. Thesis. State Islamic Institute of Palangka Raya.

Advisers: (I) Suhartono, M.Pd,Si. (II) Hadma Yuliani, M.Pd,M.Si.

ABSTRACT

This research is started from the necessity of houses' electric energy at

isolated area such as village of central borneo. It is needed so much, because

electricity supply is not spread evenly yet to all of isolated area. This case

happens, because electricity wire cannot reach that area. It caused that area was

out of electricity range, although there many water sources which was useful.

This research was aimed to (1) Know the shape of the floating

waterwheel design of the butterfly wing blade model. (2) know influence depth

blade variation towards output power of waterwheel generator construction of

butterfly wing blade model (3) Knowing the efficiency of the performance of the

waterwheel of the butterfly wing blade model in producing electric energy.

This research uses experimental method. The variations used in data

collection in this study are the depth of the blade starting from 0,15 m, 0,30 m,

0,44 m, and using the 9 watt LED lamp as the load from the generator output.

The results showed (1) the design of the floating waterwheels using two

waterwheels with the diameter of the mill.1 m mounted in parallel, on each wheel

using 9 blades of the butterfly wing model with a shaft of 1 bar of round iron with

a length of 4 m. Then for the portion of the mill there are 4 pieces of support pole

which functioned as a bearing holder for the shaft of the mill. In the hole under 6

bars of 6-inch PVC pipe with a length of 4 m each can be washed. The placement

is divided into 3 pairs, 1 pair is under the pin which is 2 pairs at the side edge of

the mill that serves as a float. (2) The depth of the blade is very strong against the

change of rotation speed of the highest power mill by a waterwheel with a depth

of 0,30 m blade of 0.313 watts and electric power by a waterwheel with a blade

depth of 0.15 m from 0,143 watt. (3) The greatest efficiency of the performance of

the air mill in converting the soul water depth to a depth of 0,15 m blade of

70.78% at 1.44 m / s air speed.

Kata kunci: Waterwheel, Butterfly Wing Blade Model.

vii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT karena rahmat, taufik

dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyeselesaikan skripsi yang berjudul

Rancang Bangun Dan Analisis Kincir Air Terapung Model Sudu Sayap

Kupu-Kupu Sebagai Penggerak Pembangkit Listrik Aliran Sungai sebagai

salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana pendidikan (S.Pd). Sholawat

serta salam semoga tetap dilimpahkan oleh Allah „Azza wa Jalla kepada

junjungan kita Nabi besar Muhammad SAW beserta keluarga dan sahabat-sahabat

beliau yang telah memberikan jalan bagi seluruh alam.

Penulis menyadari bahwa keberhasilan penyusunan skripsi ini tidak lepas

dari bimbingan, motivasi serta bantuan dari berbagai pihak, oleh karena itu

dengan segala kerendahan hati mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang

setinggi-tingginya kepada:

1. Bapak Dr. Ibnu Elmi A.S Pelu, SH, MH Rektor Institut Agama Islam Negeri

(IAIN) Palangka Raya.

2. Bapak Drs. Fahmi, M.Pd Dekan Fakultas Tarbiyah dan Ilmu Keguruan

Institut Agama Islam Negeri Palangka Raya yang telah memberikan izin

untuk melaksanakan penelitian.

3. Ibu Dra. Hj. Rodhatul Jennah, M.Pd Wakil Dekan Bidang Akademik

Fakultas Tarbiyah dan Ilmu Keguruan IAIN Palangka Raya yang telah

membantu dalam proses persetujuan dan munaqasyah skripsi.

viii

4. Ibu Sri Fatmawati, M.Pd Ketua Jurusan Pendidikan MIPA Fakultas

Tarbiyah dan Ilmu Keguruan IAIN Palangka Raya yang telah membantu

proses persetujuan dan munaqasyah skripsi serta memberi motivasi sehingga

dapat menyelesaikan skripsi ini.

5. Suhartono, M.Pd., Si. Ketua Program Studi Tadris Fisika dan juga selaku

Pembimbing I yang selama masa perkuliahan saya bersedia meluangkan

waktunya untuk memberikan bimbingan, pengarahan, nasehat-nasehat serta

motivasi sehingga skripsi ini dapat diselesaikan sesuai yang diharapkan.

6. Hadma Yuliani, M.Pd,M.Si selaku pembimbing II yang telah membantu dan

juga bersedia meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan,

sehingga skripsi ini terselesaikan dengan baik.

7. Bapak Arif Romadhoni, S.Si pengelola Laboratorium Fisika Fakultas

Tarbiyah dan Ilmu Keguruan IAIN Palangka Raya yang telah berkenan

memberikan izin peminjaman alat laboratorium untuk melaksanakan

penelitian.

8. Teman-teman dan sahabatku seperjuangan Program Studi Pendidikan Fisika

angkatan 2010, terimakasih atas kebersamaan yang telah terjalin selama ini,

terimakasih pula atas dukungan dan bantuannya, kalian adalah orang-orang

luar biasa yang telah mewarnai dan mengisi bagian perjalanan hidupku.

9. Semua pihak yang berkaitan yang tidak dapat disebutkan satu persatu,

semoga amal baik yang bapak, ibu, dan rekan-rekan berikan kepada penulis

mendapatkan balasan yang setimpal dari Allah SWT.

ix

Penulis menyadari masih banyak keterbatasan dan kekurangan dalam

penulisan skripsi ini, oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya

membangun sangat diharapkan. Semoga hasil penelitian ini dapat

memberikan manfaat dan kontribusi bagi pengembangan ilmu pengetahuan

di masa depan. Amin Yaa Rabbal„alamin.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Palangka Raya, 15 Oktober 2017

Penulis,

YANUAR EKO NUR ROCHMAN

NIM. 100 113 0205

x

xi

MOTTO

sembahlah Allah dan janganlah kamu mempersekutukan-Nya dengan

sesuatupun. dan berbuat baiklah kepada dua orang ibu-bapa, karib-kerabat,

anak-anak yatim, orang-orang miskin, tetangga yang dekat dan tetangga yang

jauh[294], dan teman sejawat, Ibnu sabil[295] dan hamba sahayamu.

Sesungguhnya Allah tidak menyukai orang-orang yang sombong dan

membangga-banggakan diri,

(Q.S. An-Nisa’a[4] : 36)

Bismillaahirrohmaanirrohiim

Cintai Allah dengan selalu bersyukur disetiap tarikan nafasmu

Cintai Rasul dengan selalu mengamalkan ajarannya

di setiap detik-detik hidupmu

Firman-firmanNyalah yang akan membawamu

selamat di dunia dan akhirat

xii

PERSEMBAHAN

حيم نٱلر حم بسمٱللهٱلر

Terimakasih kepada ibuku “ Endang Susiani” dan ayahku tersayang “

Sugeng Santoso” yang selama ini selalu berjuang dan berkorban penuh dengan

kesabaran dalam menafkahi anak-anaknya agar menjadi orang yang berguna bagi

orang lain dimasa depan, memberikan kasih sayang, dukungan dan semangat yang

tak hentinya, kalian adalah orang tua terbaik dan luar biasa yang ALLAH SWT

pilihkan kepada kami. Membuat kalian merasa bangga dan dapat membahagiakan

kalian merupakan impian terbesar dalam hidupku.

Adik-adikku tersayang yang selama ini telah membantu memenuhi biaya

kuliah dan memberikan dukungan penuh, maaf selama ini masih belum bisa

menjadi kakak yang baik. Tapi aku selalu mendo‟akan yang terbaik untuk

kebahagiaan dan kesuksesan kalian.

Terimakasih kepada dosen pembimbing skripsiku, yaitu Bapak Suhartono,

M.Pd.Si., Ibu Hadma Yuliani, M.Pd,M.Si., Ibu Sri Fatmawati, M.Pd. selaku

penguji yang selama ini telah membimbingku dan mempermudah jalanku dalam

menempuh tugas akhir. Selain itu terimakasih juga untuk Ibu Santiani, M.Pd, Ibu

Atin Supriatin, Ibu M.Pd, ibu Luvia Ranggi Nastiti M.Pd. dan ibu Norwili, M.Hi

serta seluruh dosen IAIN Palangka Raya yang selama ini telah memberikan

motivasi serta bimbingan dan ilmu yang sangat luar biasa, jasamu akan selalu aku

kenang dan Almamater ini tak akan lepas dari sejarah hidupku.

Terimakasih kepada teman-teman ANFIS angkatan 2010 beserta kakak

tingkat yang telah membantuku dalam penelitian, memberiku semangat, dan

bertukar pendapat. Kalian semua adalah sahabat sekaligus keluargaku.

xiii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL……………………………………………………………....i

PERSETUJUAN SKRIPSI ..................................................................................... ii

NOTA DINAS……………………………………………………………………iii

PENGESAHAN………………………………………………………………......iv

ABSTRAK………………………………………………………………..…….....v

KATA PENGANTAR……………………………………………………..……..vi

PERNYATAAN ORISINALITAS…………………………………………...….vii

MOTTO…………………………………………………………………………viii

PERSEMBAHAN …………….………………………………………………….ix

DAFTAR ISI………………..…………………………………………………..xiii

DAFTAR TABEL………..……………………………………………………...xiv

DAFTAR GAMBAR ...…..……………………………………………………...xv

DAFTAR LAMPIRAN...………………………………………………..……...xvii

BAB I PENDAHULUAN ...................................... Error! Bookmark not defined.

A. Latar Belakang ..................................................... Error! Bookmark not defined.

B. Rumusan Masalah ............................................... Error! Bookmark not defined.

C. BatasanMasalah ................................................... Error! Bookmark not defined.

D. Tujuan Penelitian ................................................. Error! Bookmark not defined.

E. Manfaat Penelitian............................................... Error! Bookmark not defined.

F. Definisi Operasional Variabel ........................... Error! Bookmark not defined.

G. Sistematika Penulisan ......................................... Error! Bookmark not defined.

BAB II KAJIAN PUSTAKA ................................. Error! Bookmark not defined.

A. Penelitian Sebelumnya........................................ Error! Bookmark not defined.

B. Kincir Air ............................................................. Error! Bookmark not defined.

C. Debit Aliran Fluida ............................................. Error! Bookmark not defined.

D. Benda Tegar ......................................................... Error! Bookmark not defined.

xiv

E. Brake Horse Power ( BHP) ................................ Error! Bookmark not defined.

F. Efisiensi ( η ) ........................................................ Error! Bookmark not defined.

G. Alat penunjang (Generator ) .............................. Error! Bookmark not defined.

H. Kerangka Pikir ..................................................... Error! Bookmark not defined.

BAB III METODE PENELITIAN......................... Error! Bookmark not defined.

A. MetodePenelitian ................................................. Error! Bookmark not defined.

B. Tempat dan Waktu .............................................. Error! Bookmark not defined.

C. Alat dan Bahan .................................................... Error! Bookmark not defined.

D. Prosedur Penelitian .............................................. Error! Bookmark not defined.

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASANError! Bookmark not

defined.

A. Pembuatan Kincir Terapung Model Sayap Kupu-KupuError! Bookmark

not defined.

B. Pengujian Kincir Air ........................................... Error! Bookmark not defined.

C. Hasil Penelitian .................................................... Error! Bookmark not defined.

D. Analisis Data ........................................................ Error! Bookmark not defined.

E. Analisis Konversi Energi Air ............................. Error! Bookmark not defined.

F. Beberapa Hal yang Mempengaruhi Putaran KincirError! Bookmark not

defined.

G. Pembahasan .......................................................... Error! Bookmark not defined.

H. Kendala Penelitian............................................... Error! Bookmark not defined.

BAB V PENUTUP ................................................. Error! Bookmark not defined.

A. Kesimpulan .......................................................... Error! Bookmark not defined.

B. Saran ...................................................................... Error! Bookmark not defined.

DAFTAR PUSTAKA ............................................ Error! Bookmark not defined.

xv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Momen inersia beberapa benda........................................................ 24

Table 3.1 Schedule time ................................................................................... 34

Tabel 3.2 Alat yang digunakan ........................................................................ 35

Tabel 3.3 Bahan kincir ..................................................................................... 36

Tabel 4.1 Hasil pengukuran debit putar generator pada

kedalaman sudu 0,15 m ................................................................... 49

Tabel 4.2 Hasil pengukuran debit putar generator pada

kedalaman sudu 0,30 m ................................................................... 51

Tabel 4.3 Hasil pengukuran debit putar generator pada

kedalaman sudu 0,44 m ................................................................... 52

Tabel 4.4 Daya keluaran pembangkitan terhadap kedalaman

sudu yang terendam ......................................................................... 54

Tabel 4.5 Hasil perhitungan efisiensi daya kincir dalam

mengkonversi daya air .................................................................... 58

Tabel 4.6 Hasil perhitungan efisiensi rata-rata ................................................ 60

Tabel 4.7 Hasil perhitungan pada kedalaman 0,15 m menggunakan lampu

LED 9 watt ...................................................................................... 61

Tabel 4.8 Hasil perhitungan pada kedalaman 0,30 m menggunakan lampu

LED 9 watt ...................................................................................... 62

Tabel 4.9 Hasil perhitungan pada kedalaman 0,44 m menggunakan lampu

LED 9 watt ...................................................................................... 62

Tabel 4.10 Komponen kincir air ...................................................................... 64

xvi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Kondisi Sungai Besar Kalimantan Tengah .................................. 5

Gambar 2.1 Kincir Air Overshot ..................................................................... 15

Gambar 2.2 Kincir Air Undershot ................................................................... 16

Gambar 2.3 Kincir Air Breastshot ................................................................... 17

Gambar 2.4 Kincir Air Tub ............................................................................. 18

Gambar 2.5 Elemen fluida berupa silinder dengan ketebalan x berpindah

sejauh x selama selang waktu.................................................. 19

Gambar 2.6 Sketsa Momen Gaya Yang Bekerja Pada Benda ......................... 22

Gambar 2.7 Benda Bergerak Melingkar .......................................................... 27

Gambar 2.8 Dua Roda Yang Di Hubungkan Dengan Sabuk

Gambar 3.1 Bagan Prosedur Penelitian ........................................................... 37

Gambar 3.2 model rancangan kerangka apung kincir air terapung ................. 38

Gambar 3.3 Rancangan kerangka lengan dan sudu ........................................ 38

Gambar 3.4 Rancangan Kerangka dudukan Kincir Air ................................... 38

Gambar 4.1 Perakitan Kerangka Dudukan Bearing Dan Bantalan Kincir ....... 39

Gambar 4.2 Pemasangan kerangka bantalan kincir pada pengapung .............. 42

Gambar 4.3 Tahap perakitan kerangka kincir dan pemasangan generator ...... 43

Gambar 4.4 Uji apung ..................................................................................... 43

Gambar.4.5 Pengukuran kecepatan aliran air .................................................. 44

xvii

Gambar.4.6 Penempatan Kincir ....................................................................... 45

Gambar.4.7 Pengatur KedalamanSudu ............................................................ 45

Gambar 4.8 Pengukuran putaran kincir ........................................................... 46

Gambar 4.9 Pengukuran putaran generator ...................................................... 47

Gambar 4.10 Generator, Pemasangan Multimeter dan Lampu ........................ 48

Gambar 4.11 Generator, Pemasangan Multimeter dan Lampu ........................ 49

Gambar 4.12 Hubungann polley A ke polley B menggunakan sabuk ............. 56

xviii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran I PERHITUNGAN DAYA AIR DAN DAYA KINCIR ................. 75

Lampiran II PENGUJIAN LAPANGAN......................................................... 77

Lampiran III PERAKITAN KINCIR .............................................................. 81

Lampiran IV FOTO-FOTO PENELITIAN ..................................................... 82

Lampiran V ADMINISTRASI

Lampiran VI RIWAYAT HIDUP